Задача 2.1

На установку полимеризации подают в час 4100 кг пропанпропиленовой фракции с массовой долей пропилена 58 %. Степень конверсии пропилена 97 %. Выделяющуюся теплоту полимеризации (1395 кДж/кг полипропилена) снимают за счет испарения пропилена и части растворителя. Рассчитать количество растворителя, расходуемое на снятие выделяющейся теплоты, если теплота испарения пропана равна 11,4 кДж/моль, а теплота испарения растворителя равна 380 кДж/кг.

Задача 2.2

Рассчитать массовый расход пропилена, гептана, водорода и катализаторного комплекса на выпуск 100000 т/год полипропилена. Установка работает 330 дней в непрерывном режиме. Конверсия пропилена 98 %. Подача водорода 3 % об. от подаваемого пропилена, гептан взят в объемном соотношении пропилен:гептан – 1,5:1, а микросферический катализатор из расчета 0,15...0,2 кг/м3.

Задача 2.3

Определить массовый расход этилена, пропана и кислорода для производства ПЭВД на установке с производительностью по полиэтилену – 75000 т/год в трубчатом реакторе, работающем по трехзонному варианту. Принять эффективное время работы установки равным 7800 ч. При решении задачи руководствоваться данными о составе потоков, представленных в табл. 2.3, и схемой материальных потоков на рис. 2.4.

Задача 2.4

Используя условия задачи 2.3, рассчитать массовый расход реагентов в каждую из зон реактора и объемный расход реагентов в рабочих условиях.

Задача 2.5

Используя условия задачи 2.3, рассчитать расход перегретой воды для снятия теплоты, выделяющейся при полимеризации в каждой из трех зон.

Глава 3. Получение синтетических каучуков

Синтетические каучуки (СК) являются типичными представителями многотоннажных синтетических полимеров. В

61

настоящее время во многих странах мира производят различные типы СК, которые в зависимости от свойств и областей применения можно разделить на 2 группы:

1.каучуки общего назначения;

2.каучуки специального назначения.

Первая группа СК используется для производства шин,

резинотехнических изделий, а вторая – для изделий со специфическими свойствами: маслостойкими, стойкими к агрессивным средам, воздействию низких и высоких температур и т.д.

3.1. Каучуки общего назначения

Следует отметить, что производство СК значительно превосходит производство натуральных каучуков. Общий объем выпуска СК только в капиталистических странах уже в 1971 г. достиг почти 5 млн т и доля СК в общем производстве каучуков составила 61,8 %. В отечественной промышленной практике наблюдаются аналогичные тенденции: уже в 1978 г. доля СК составила 66,5 % от общего выпуска каучуков.

Организация производства СК оправдана экономически даже в странах тропического пояса, где возможно возделывание плантаций бразильской гевеи, являющейся, как известно, сырьем для НК.

Большинство СК получают полимеризацией непредельных мономеров или их смесей. Способность к цепной полимеризации – характерное свойство диеновых (бутадиена и его производных) и виниловых (стирол, акрилонитрил, изобутилен и др.) соединений.

Свойства эластомеров зависят не только от вида мономера, но и от способа и условий полимеризации. Из одного и того же мономера можно получить эластомеры разного молекулярного строения с различными физико-механическими и технологическими свойствами.

В отечественной промышленности большую часть СК получают (примерно поровну) методом полимеризации (сополимеризации) в растворе (растворные СК) и в эмульсии (эмульсионные СК). Эмульсионную сополимеризацию ведут при низкой (5...10 °С) и высокой (30...50 °С) температурах.

В рубашку первого аппарата подается горячая вода, во все последующие – холодная вода. В батарею полимеризаторов с целью получения вышеуказанных марок высокотемпературных бутадиенстирольных каучуков подают углеводородную (бутадиен и стирол или α-метилстирол) и водную фазы в массовых соотношениях 1:1,05, 1:1,8 и

62

1:1,05, соответственно. Типовые рецепты получения каучуков приведены в табл. 3.1, 3.2, 3.3 и 3.4.

Таблица 3.1 Типовые рецепты многотоннажных высокотемпературных

бутадиенстирольных эмульсионных каучуков

	Компоненты, масс.ч.	СКС-30РП	СКС-30РК	СКМС-30РП
	на 100 масс.ч. мономеров
	Бутадиен	70	71	67
	Стирол	30	29	–
	α-Метилстирол	–	–	33
	Вода	105	180	105
	СЖК (парафиновые кислоты)	0,5–0,71	–	3,5
	Канифолевое мыло	–	4,5	–
	NaOH	0,3	–	0,3
	K2S2O8	0,4-0,45	0,3	0,45
	Лейканол	–	–	0,3
	KCl	–	–	1,35
	Третдодецилмеркаптан	–	0,45	0,4
	Некаль	3,4–4,0	–	–
	Дипроксид	0,06-0,1	–	–
	Степень превращения, %	60	72	75
	Температура, °С	50	50	50
	Продолжительность, ч	28–30	12–15	15
	Сухой остаток, %	34	28	32

Таблица 3.2 Типовые рецепты низкотемпературных бутадиенстирольных

(α-метилстирольных) эмульсионных СК

Компоненты, масс.ч.	СКС-30АРК	СКМС-30АРК
Бутадиен	70	68
Стирол	30	–
α-Метилстирол	–	32
Калиевое мыло канифоли	4,5	4,5
Мыло жирной кислоты	–	1,1
Гидроперекись п-ментола	0,08	–
Гидроперекись изопропилбензола	–	0,25
Пирофосфат калия	0,18	–
Сульфат Fe (II)	0,16	0,03
Трилон Б	0,01	0,06
Ронгалит	–	0,1
Хлорид калия (KCl)	–	1,2
Тринатрийфосфат (Na3PO4)	0,05	0,1

63

		Продолжение табл. 3.2
Даксад	0,15	–
Лейканол	–	0,3
Третдодецилмеркаптан	0,18	0,01
Диметилдитиокарбамат Na	–	0,30
Неозон Д	–	1,80
Вода	200	180
Температ.полимериз., °С	8	8
Продолжительность, ч	10–11	15
Степень превращения, %	60	62

Сополимеризацию проводят в батарее 11...12 полимеризаторов с объемом единичного реактора Vед = 12 м3. Растворы железотрилонового комплекса и ронгалипта готовят при комнатной температуре с

концентрацией ≤ 2 %. Трет-додецилмеркаптан – 10%-й раствор в стироле или α-метилстироле (регулятор молекулярной массы). Стоппер – 1%-й водный раствор диметилдитиокарбамат натрия. Стабилизатор – дисперсии неозона Д или алкилированных фенолов. Электролиты – KCl и Na3PO4 (тринатрийфосфат). Дополнительные стабилизаторы латекса – лейканол или даксад.

Таблица 3.3 Типовые рецепты высокотемпературных бутадиен-нитрильных

эмульсионных СК

Компоненты, масс.ч.	СКН-18	СКН-26	СКН-40
Бутадиен	86	74	56
Акрилонитрил	14	26	44
Вода	200	200	250
Калий-СЖК С10-С16	4,0	4,0	4,0
Пирофосфат натрия	0,20	0,20	0,20
Персульфат калия	0,30	0,30	0,30
Триэтаноламин	0,15	0,15	0,15
Хлорид калия (KCl)	1,50	1,70	2,0
трет-Додецилмеркаптан или дипроксид	0,50	0,50	0,50
Гидрохинон	0,15	0,15	0,15
Температура полимеризации, °С	30±2	30±2	30±2
Давление	490–784 кПа	490–784	5–8	2
		кПа	кгс/см
Продолжительность, ч	14	11,5	6
Степень превращения, %	65–70	65–70	65–70

Водная фаза:

Вода + пирофосфат Na, триэтаноламин, KCl, раствор калиевого мыла СЖК.

64